Соронзон гидродинамик генератор: төхөөрөмж, үйл ажиллагааны зарчим, зорилго

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Дэлхий гараг дээрх бүх эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг одоогоор судалж, амжилттай ашиглаагүй байна. Гэсэн хэдий ч хүн төрөлхтөн энэ чиглэлд идэвхтэй хөгжиж, шинэ хувилбаруудыг хайж байна. Үүний нэг нь соронзон орон дахь электролитээс энерги гаргаж авах явдал байв.

Нэрний зохиосон эффект ба гарал үүсэл

Энэ салбарын анхны бүтээлүүд нь 1832 онд лабораторийн нөхцөлд ажиллаж байсан Фарадейтэй холбоотой юм. Тэрээр соронзон гидродинамик эффект гэж нэрлэгддэг, эс тэгвээс цахилгаан соронзон хөдөлгөгч хүчийг хайж, түүнийг амжилттай хэрэгжүүлэхийг хичээсэн. Темза голын урсгалыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашигласан. Эффектийн нэрийн хамт уг суурилуулалт нь соронз гидродинамик генератор гэсэн нэрийг авсан.

Энэ MHD төхөөрөмж нь нэгийг шууд хөрвүүлдэгэнергийн хэлбэрийг нөгөөд, тухайлбал механикаар цахилгаан болгон хувиргадаг. Ийм үйл явцын онцлог, түүний үйл ажиллагааны зарчмын тодорхойлолтыг бүхэлд нь соронзонгидродинамик дээр нарийвчлан тайлбарласан болно. Генератор өөрөө энэ мэргэжлээр нэрлэгдсэн.

Үйл ажиллагааны тайлбар

Юуны өмнө та төхөөрөмжийг ажиллуулах явцад юу болдгийг ойлгох хэрэгтэй. Энэ бол соронзон гидродинамик генераторын үйл ажиллагааны зарчмыг ойлгох цорын ганц арга зам юм. Үр нөлөө нь цахилгаан талбайн харагдах байдал, мэдээжийн хэрэг электролит дахь цахилгаан гүйдэл дээр суурилдаг. Сүүлийнх нь шингэн металл, плазм (хий) эсвэл ус гэх мэт янз бүрийн хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр төлөөлдөг. Эндээс бид ажиллах зарчим нь цахилгаан соронзон индукц дээр суурилж, соронзон орон ашиглан цахилгаан үүсгэдэг гэж дүгнэж болно.

Дамжуулагч нь хүчний талбайн шугамтай огтлолцох ёстой болж байна. Энэ нь эргээд төхөөрөмжийн дотор хөдөлж буй бөөмстэй харьцуулахад эсрэг цэнэгтэй ионуудын урсгал гарч ирэх зайлшгүй нөхцөл юм. Мөн талбайн шугамын зан төлөвийг анхаарч үзэх нь чухал юм. Тэдгээрээс үүссэн соронзон орон нь дамжуулагчийн дотор ионы цэнэгүүдийн эсрэг чиглэлд хөдөлдөг.

MHD генераторын тодорхойлолт ба түүх

Угсралт нь дулааны энергийг цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах төхөөрөмж юм. Энэ нь дээр дурдсан зүйлийг бүрэн дагаж мөрддөгҮр нөлөө. Үүний зэрэгцээ, соронзон гидродинамик генераторууд нь нэгэн цагт нэлээд шинэлэг, дэвшилтэт санаа гэж тооцогддог байсан бөгөөд түүний анхны дээжийг бүтээх нь 20-р зууны тэргүүлэх эрдэмтдийн оюун ухааныг эзэлжээ. Удалгүй ийм төслүүдийн санхүүжилт бүрэн тодорхойгүй шалтгаанаар дуусав. Эхний туршилтын суулгацууд аль хэдийн баригдсан боловч ашиглалтыг орхисон.

Соронзон динамик генераторын анхны загварыг 1907-910 онд тайлбарласан боловч олон тооны зөрчилдөөнтэй физик, архитектурын шинж чанаруудын улмаас тэдгээрийг бүтээх боломжгүй байв. Жишээлбэл, хийн орчинд 2500-3000 хэмийн ажлын температурт хэвийн ажиллах материал хараахан бүтээгдээгүй байгааг дурдаж болно. Оросын загвар нь Рязань мужид, улсын цахилгаан станцын ойролцоо байрладаг Новомичуринск хотод тусгайлан барьсан MGDES-д гарч ирэх ёстой байв. Төслийг 1990-ээд оны эхээр цуцалсан.

Төхөөрөмж хэрхэн ажилладаг вэ

Соронзон гидродинамик генераторын дизайн, ажиллах зарчим нь ердийн машины хувилбаруудын ихэнхийг давтдаг. Үүний үндэс нь цахилгаан соронзон индукцийн нөлөө бөгөөд энэ нь дамжуулагчийн дотор гүйдэл гарч ирдэг гэсэн үг юм. Энэ нь сүүлийнх нь төхөөрөмжийн доторх соронзон орны шугамыг гаталж байгаатай холбоотой юм. Гэсэн хэдий ч машин болон MHD генераторуудын хооронд нэг ялгаа бий. Энэ нь соронзон гидродинамикийн хувилбаруудын хувьд оршинодамжуулагчийг ажлын байгууллага өөрөө шууд ашигладаг.

Үйлдэл нь мөн Лоренцын хүчний нөлөөлөлд өртсөн цэнэгтэй бөөмс дээр суурилдаг. Ажлын шингэний хөдөлгөөн нь соронзон орон даяар явагддаг. Үүнээс үүдэн яг эсрэг чиглэлтэй цэнэгийн тээвэрлэгчдийн урсгалууд байдаг. Үүсгэх үе шатанд MHD генераторууд голчлон цахилгаан дамжуулагч шингэн буюу электролитийг ашигладаг. Тэд л хамгийн их ажилладаг байгууллага байсан. Орчин үеийн хувилбарууд нь плазм руу шилжсэн. Шинэ машинуудын цэнэг зөөгч нь эерэг ион ба чөлөөт электронууд юм.

MHD генераторын дизайн

Төхөөрөмжийн эхний зангилаа нь ажлын шингэн хөдөлдөг суваг гэж нэрлэгддэг. Одоогийн байдлаар соронзон гидродинамик генераторууд нь плазмыг гол орчин болгон ашигладаг. Дараагийн зангилаа нь ажлын явцад хүлээн авах энергийг шилжүүлэх соронзон орон ба электродуудыг бий болгох үүрэгтэй соронзны систем юм. Гэсэн хэдий ч эх сурвалжууд өөр байж болно. Системд цахилгаан соронзон болон байнгын соронзыг хоёуланг нь ашиглаж болно.

Дараа нь хий нь цахилгаан дамжуулж, ойролцоогоор 10,000 Кельвин болох дулааны иончлолын температур хүртэл халаана. Үүний дараа энэ үзүүлэлтийг бууруулах шаардлагатай. Ажлын орчинд шүлтлэг металл бүхий тусгай нэмэлтүүд нэмдэг тул температурын бар 2, 2-2, 7 мянган Келвин хүртэл буурдаг. Үгүй бол плазм хангалтгүйзэрэг үр дүнтэй, учир нь түүний цахилгаан дамжуулах чанар нь ижил усныхаас хамаагүй бага болдог.

Төхөөрөмжийн ердийн мөчлөг

Соронзон гидродинамик генераторын дизайныг бүрдүүлдэг бусад зангилаануудыг тэдгээрийн дарааллаар нь функциональ процессуудын тайлбарын хамт хамгийн сайн жагсаасан болно.

1. Шатаах камер нь түүнд ачаалагдсан түлшийг хүлээн авдаг. Мөн исэлдүүлэгч бодис болон төрөл бүрийн нэмэлтүүд нэмдэг.
2. Түлш шатаж эхэлснээр шаталтын бүтээгдэхүүн болох хий үүсэхийг зөвшөөрнө.
3. Дараа нь генераторын цорго идэвхжсэн. Түүгээр хий дамжин өнгөрч, дараа нь тэлж, хурд нь дууны хурд хүртэл нэмэгддэг.
4. Үйлдэл нь соронзон орныг өөрөө дамжуулдаг камерт ирдэг. Түүний ханан дээр тусгай электродууд байдаг. Циклийн энэ үе шатанд хийнүүд энд орж ирдэг.
5. Дараа нь цэнэгтэй бөөмсийн нөлөөгөөр ажлын бие үндсэн замаасаа хазайдаг. Шинэ чиглэл нь электродууд яг хаана байна.
6. Сүүлийн шат. Электродуудын хооронд цахилгаан гүйдэл үүсдэг. Энд мөчлөг дуусна.

Үндсэн ангилал

Дууссан төхөөрөмжийн олон сонголт байдаг ч тэдгээрийн аль нэгэнд нь ажиллах зарчим нь бараг ижил байх болно. Жишээлбэл, чулуужсан шаталтын бүтээгдэхүүн гэх мэт хатуу түлш дээр соронзон гидродинамик генераторыг ажиллуулах боломжтой. Мөн эх сурвалж болгонэрчим хүч, шүлтлэг металлын уур, тэдгээрийн шингэн металлтай хоёр фазын хольцыг ашигладаг. Ашиглалтын үргэлжлэх хугацааны дагуу MHD генераторуудыг урт ба богино хугацааны, сүүлчийнх нь импульсийн болон тэсрэх гэж хуваадаг. Дулааны эх үүсвэрт цөмийн реактор, дулаан солилцуур, тийрэлтэт хөдөлгүүр орно.

Үүнээс гадна ажлын мөчлөгийн төрлөөр нь ангилдаг. Энд хуваагдал нь зөвхөн хоёр үндсэн төрөлд тохиолддог. Нээлттэй циклийн генераторууд нь нэмэлтүүдтэй холилдсон ажлын шингэнтэй байдаг. Шаталтын бүтээгдэхүүн нь ажлын камераар дамждаг бөгөөд тэдгээр нь процессын явцад хольцоос цэвэрлэж, агаар мандалд ордог. Хаалттай мөчлөгт ажлын шингэн нь дулаан солилцогч руу орж, зөвхөн дараа нь генераторын камерт ордог. Дараа нь шаталтын бүтээгдэхүүн нь компрессорыг хүлээж байгаа бөгөөд энэ нь мөчлөгийг дуусгадаг. Үүний дараа ажлын шингэн дулаан солилцооны эхний шат руу буцна.

Үндсэн онцлог

Хэрэв соронзон гидродинамик генераторыг юу үүсгэдэг вэ гэсэн асуултыг бүрэн тусгасан гэж үзвэл ийм төхөөрөмжийн үндсэн техникийн үзүүлэлтүүдийг танилцуулах хэрэгтэй. Эдгээрийн эхнийх нь хүч чадал байх магадлалтай. Энэ нь ажлын шингэний дамжуулах чанар, түүнчлэн соронзон орны хүч ба түүний хурдны квадратуудтай пропорциональ байна. Хэрэв ажлын шингэн нь ойролцоогоор 2-3 мянган Келвин температуртай плазм бол дамжуулах чадвар нь 11-13 градусын температуртай, даралтын квадрат язгууртай урвуу пропорциональ байна.

Та мөн урсгалын хурд болон мэдээллийг өгөх ёстойсоронзон орны индукц. Эдгээр шинж чанаруудын эхнийх нь дууны доорх хурдаас секундэд 1900 метр хүртэл хэт авианы хурд хүртэл маш өргөн хүрээтэй байдаг. Соронзон орны индукцийн хувьд энэ нь соронзны дизайнаас хамаарна. Хэрэв тэдгээр нь гангаар хийгдсэн бол дээд баар нь ойролцоогоор 2 Т байх болно. Хэт дамжуулагч соронзоос бүрдэх системийн хувьд энэ утга 6-8 Т хүртэл өсдөг.

MHD генераторын хэрэглээ

Өнөөдөр ийм төхөөрөмжүүдийн өргөн хэрэглээ ажиглагдахгүй байна. Гэсэн хэдий ч онолын хувьд соронзон гидродинамик генератороор цахилгаан станц барих боломжтой. Нийт гурван хүчинтэй хувилбар байна:

1. Fusion цахилгаан станц. Тэд MHD генератортой нейтронгүй циклийг ашигладаг. Өндөр температурт плазмыг түлш болгон ашигладаг заншилтай.
2. Дулааны цахилгаан станц. Нээлттэй төрлийн циклийг ашигладаг бөгөөд суурилуулалт нь өөрөө дизайны онцлог шинж чанаруудын хувьд маш энгийн байдаг. Энэ сонголт нь хөгжих боломж байсаар байна.
3. Атомын цахилгаан станц. Энэ тохиолдолд ажлын шингэн нь идэвхгүй хий юм. Үүнийг цөмийн реакторт хаалттай циклээр халаана. Мөн хөгжлийн хэтийн төлөв бий. Гэсэн хэдий ч хэрэглэх боломж нь 2 мянган Келвин-ээс дээш ажлын шингэний температуртай цөмийн реактор үүсэхээс хамаарна.

Төхөөрөмжийн хэтийн төлөв

Соронзон гидродинамик генераторын хамаарал нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс шалтгаална.асуудлууд шийдэгдээгүй хэвээр байна. Жишээ нь ийм төхөөрөмжүүд нь зөвхөн шууд гүйдэл үүсгэх чадвартай байдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг засварлахад хангалттай хүчирхэг, үүнээс гадна хэмнэлттэй инвертерүүдийг зохион бүтээх шаардлагатай гэсэн үг юм.

Өөр нэг харагдахуйц асуудал бол түлшийг хэт өндөр температурт халаах нөхцөлд хангалттай удаан ажиллах шаардлагатай материал дутагдалтай байдаг. Ийм генераторуудад ашигладаг электродуудад мөн адил хамаарна.

Бусад хэрэглээ

Цахилгаан станцуудын гол цөмд ажиллахаас гадна эдгээр төхөөрөмжүүд нь тусгай цахилгаан станцуудад ажиллах боломжтой бөгөөд энэ нь цөмийн энергид маш их хэрэг болно. Соронзон гидродинамик генераторыг хэт авианы агаарын хөлгийн системд ашиглахыг зөвшөөрдөг боловч одоогоор энэ чиглэлээр ахиц дэвшил гараагүй байна.